SE449319B - Bleckstraleskrivande anordning - Google Patents

Description

G1 10 15 20 KM* U1 I 40 449 319 z gnista mellan elektroderna.

I en annan utformning av skrivanordningen är bläcket elek- triskt ledande men har ett ganska stort elektriskt motståndf Bläcket innehålles i en reservoar, där det förvärmes till en temperatur något lägre än bläckets kokpunkt. Genom att mata de tvâ elektroderna med en spänningspuls, flyter en ström in i bläcket och därför alstras en stor del av värmet ögonblícklígen, sålunda förångande en del av bläcket mellan elektroderna och ut- stötande bläcklagret uppåt.

Båda utformningarna av denna skrivanordning med två ned- sänkta elektroder har nackdelen att de kräver ett rör med rela- tivt stor diameter för att rymma elektroderna, varigenom det inte är möjligt att skriva tillräckligt små punkter för en skrivare med hög upplösning. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en bläckstråleskrivare som alstrar outplånliga tecken som omedel- bart torkar och som bildas av ett enhetligt lager av bläck.

Enligt uppfinningen har åstadkommits en bläckstråleskrivande anordning i vilken skrivningen genomföras genom índucering av selektiv utstötníng från ett munstycke av partiklar av flytande bläck som står i elektrisk kontakt med en elektrod, och i vilken en motelektrod är belägen intill munstycket mellan detta och skrivunderlaget, varvid bläcket är elektriskt ledande, och var- vid anordningen innefattar elektriska organ som selektivt kan aktiveras för att mata elektroden och motelektroden med en spänning för att mellan bläckmenisken och motelektroden alstra ett omskakande tillstånd för att orsaka utstötning av en mång- fald bläckpartiklar genom munstycket.

Det framgår att mångfalden bläckpartiklar alstrar en mer enhetlig fördelning av bläck på papperet så att det skrivna tecknet torkar omedelbart, medan det förblir helt outplånligt.

Det är alltså klart att den splittrande inverkan av gnístan på menisken inte påverkas av något mer eller mindre torrt eller koagulerat ytlager hos menisken, så att tecknet alltid skrivs med samma bläckíntcnsitet.

Uppfinningen beskrivs närmare med hjälp av exempel och med hänvisning till de åtföljande ritningarna. Där visar fig. 1 en schematisk vy av en bläckstråleskrivare enligt uppfinningen, fig. 2 en bild visande funktionen hos skrivaren, fig. 3 ett kretssehema visande skrivarens styrkrets, fig. 4 ett diagram av 10 30 ul (Fl 40 s 449 319 strömmen och spänningen mellan elektroderna, fig. S en schema- tisk planvy av en ytterligare utformning av uppfinningen, fig. 6 ett tvärsnitt genom skrivaren i fig. 5 i större skala, fig. 7 en frontvy av skrivaren längs linjen VII-VII i fig. 6, fig. 8 ett snitt längs linjen VIII-VIII i fig. 6, fig. 9 ett snitt genom en detalj i fig. 7 i en mycket större skala, fig. 10 en vy av punkterna skrivna av en konventionell bläckstråleskrívare och av skrivaren enligt fig. 5, fig. 11 en vy av en bokstav med hög upplösning skriven av skrivaren i fig. 5, fig. 12 och 13 visar två modifieringar av skrivanordningen visande olika elek- trodformer, §ig¿_14 och 15 visar två modifieringar av en ytter- ligare utformning av skrivanordningen med naturlig bläckcirkula- tion, fig. 16-19 visar fyra modifieringar av en ytterligare ut- formning av skrivanordningen, i vilken läget för bläckmenisken i munstycket styrs mekaniskt, fíg. 20 och 21 visar två modi- fieringar av en ytterligare utformning av skrivanordningen, i vilken magnetiskt bläck används, fin. 22-24 visar tre modi- fieringar av en ytterligare utformning av skrivanordningen, i vilken meniskens läge hålls utanför munstycket, fig. 25-27_ visar tre modifieringar av en ytterligare utformning av skriv- anordningen, i vilken bläckcírkulationen sker genom en kanal kencentrísk med munstycket, och fig. 28 och 29 visar två modi- fieringar av skrivanordningen, visande olika munstycksformer.

I fig. 1 visas en vals 31 som stöder papperet 32 på vilket bläckstrâleskrivaren, innefattande ett skrívhuvud 33, skall skriva. Detta huvud innefattar en behållare 34 av isolerande material tillsluten av en platta 35, även det av isolerande material. I plattan 35 är anordnat ett munstycke 36 bildat av ett borrhül med mycket liten diameter, nämligen några få hundra- dels millimeter. Detta borrhål kan vara gjort genom borrning genom plattan 35 med en laserstråle vilket ger ett något koniskt mönster med en huvudsakligen rundad innerkant.

En kvantitet elektriskt ledande flytande bläck 37 är place- rad i behållaren 34. Bläcket 37 bildas av pigmenterade partiklar belägna í en ledande vätskeformig blandning. I behållaren 34 är beläget en första elektrod 38 ansluten till den negativa polen- hos en likströmskälla 39, vars positiva pel är ansluten till en andra elektrod eller motelektrod 40. Denna är belägen mellan munstycket 36 och papperet 32, och är speciellt fastsatt vid plattan 35, med en ände belägen intill munstyckets 36 yttre ände. t/'I 10 15 20 Kv (II 40 449 319 4 En pulsgenerator är anordnad för att selektivt aktiveras för att fullborda anslutningen mellan spänningskällan 39 och elek- troderna 38 och 40, för att tillföra skrivpulserna, såsom schema- tiskt indikeras av kontakten 41.

Spänningen som alstras av källan 39 måste vara av lämplig storlek med hänsyn till elektrodens 40 avstånd från munstycket 36 och till de andra elektriska och fysikaliska egenskaperna hos bläcket 37, så att det när elektroderna 38 och 40 exciteras uppstår en plötslig ökning i joniseringen av utrymmet mellan motelektroden 40 och menisken 42 hos den fria bläckytan, som normalt bildas inuti munstycket 36. Vår joniseringsnivân når ett tillräckligt högt värde, bryts det dielektriska materialet bildat av luften ner och en gnista utformas mellan bläckmenísken 42 och motelektroden 40. Denna gnista inducerar en utmatning av positiva joner mellan motelektroden 40 och menisken 42, medan en väg av negativa joner slungas ut av mekanismen 42 mot mot- elektroden 40, på liknande sätt som vad som händer i båglampor.

Bombarderingen av menisken 42 med de positiva jonerna härstammande från motelektroden 40 genererar ett tillstånd av mekanisk om- skakning på menisken 42, hjälpt av den partiella förångningen av bläcket 37 förprsakat av värmet genererat av stötarna från de positiva jonerna och av Joule-effekten alstrad av utmatningen, så att en stor tryckökning sker. Stöten av denna bombardering på meniskens 43 yta bildar en strâle bestående av ett stort an- tal bläckpartiklar i munstycket 36, oavsett om meniskens 42 yta är mer eller mindre flytande, plastísk eller torr. Dessa partik- lar blir turbulenta i omgivningen med lokalt hög temperatur och högt tryck och stöts ut av munstycket 36. De kastas mot papperet 32 styrda åtminstone delvis av munstyckets 36 längd, huvud- sakligen längs munstyckets 36 axel. I praktiken bildas ett stril- arrangemang av mikroskopiska droppar och dessa utbreder sig unge- fär likformigt på papperet 32 över en ytdiameter pä mindre än 0,1 mm, sålunda skrivande en punkt. Det har experimentellt funnits att detta fenomen uppstår även vid omkastning av polari~ teten hos de två elektroderna 38 och 40. Detta beror på, fastän i mindre grad, att dc negativa jonerna också förmår att på vätskomenisken 41 skapa de nödvändiga förhållandena för ut- stötning av bläckpartíklar 37, medan de positiva jonerna som träffar elektroden 40 ej förmår att nöta sönder denna elektrod, förutsatt att den är konstruerad av ett mycket mera motstånds- 10 15 35 40 5 449 519 kraftigt material, såsom beskrivs här nedan.

Närmare bestämt användes i de utförda experimenten bläck med en densitet av mellan 1,01 och 1,1 i förhållande till de- stillerat vatten, en ytspänning på mellan 30 och 50 dyn/cm och en konduktivitet mellan 4 och 6 mS/cm. De provade bläcken inne- höll från 3 till 5% färgpartiklar i en blandning innehållande- huvudsakligen vatten och dietylenglykol, gjord ledande genom ett elektrolytískt salt, t.ex. etylendiamínotetraättiksyra.

Konduktiviteten hos en sådan blandning är mycket större än hos luft, så att en lämplig spänning pålagd mellan de två metallelektroderna 43 och 44 (fig. 2) åtskilda av ett lager av blandningen 45 och ett lager av luft 46 inducerar en gnista 47 i luften, vilken uppför sig som ett dielektriskt material, medan blandningen 45 uppför sig som en ledare med motstånd R. Om konduk- tiviteten hos blandningen 45 var mindre än eller lika med luftens, skulle spänningen mellan de tvâ elektroderna 43 och 44 åstadkomma en gnista 48 som skulle fortplanta sig både genom luften 46 och genom blandningen 45. Det har experimentellt funnits att om blandningen i anordningen 33 (fig. 1) har låg konduktivitet, då trots den ökade temperaturen förorsakad av gnistan och sålunda det ökade trycket inuti munstycket 36, bildas inte bläckstrålen, sålunda bekräftande den väsentliga inverkan av gnístjonerna på meniskens 42 yta. Det är därför klart att den minsta konduktivi- teten hos bläcket 37 för skrivning medelst anordningen enligt uppfinningen är något större än den hos luft under fuktighets- och joniseringsförhâllandena i munstycket 36 under drift.

Bekräftelse på den kombinerade inverkan av gnistan och trycket vid utstötningen av bläckpartiklar har erhållits med följande experiment. Ett sidoborrhâl 49 indikerat med streckade linjer i fig. 1 utformades i_munstycket 36. Vid fullbordande av anslutningen mellan spänningskällan 39 och elektroderna 38 och 40 medelst generatorn 41 såsom i föregående fall, upptäcktes att gnistan genererades på samma sätt, men bläckstrdlen för- lorades i form av ånga som svagt kommer ut både från munstycket 36 och från sidoborrhälet 49. Detta experiment demonstrerar också att bläckutstötningen inte är beroende av det elektriska draget alstrat av ett flödesutmatningsfenomen vid lednings- punkten representerad av bläcket i munstycket 36, eftersom i sådant fall, skulle skrivning likaväl vara möjlig att genomföra i närvaro av sidoborrhâlet 49. 10 20 40 449 319 En viktig förutsättning för korrekt drift hos skrivaren är att menisken 42 alltid bildas i kontakt med luften i ett huvudsakligen tillbakadraget läge i munstycket 36. Såsom be- skrivs senare kan till och med en menisk tillbakadragen bakom den inre änden av munstycket erhållas. Under dynamiska för- hållanden varierar läget med ytspänningen hos bläcket 37 och med dess tryck i munstycket 36, medan det under statiska för- hållanden fyller hela munstycket 36. Om behållaren 34 har be- gränsad kapacitet, faller trycket i munstycket 36 allteftersom bläcket konsumeras. För att öka kvantiteten bläck 37 tillgängligt vid munstycket 36, och sålunda skrivarens effektivitet, och för att bibehålla bläckets 37 tryck konstant i munstycket 36, är skrivaren försedd med en reservoar 51 med en kapacitet som är mycket större än den hos behållaren 34. Reservoaren 51 är an- sluten till behållaren 34 medelst en hydraulkrets innefattande ett matarrör 52, ett avloppsrör 53 och en pump 54 vilka håller bläcket kontinuerligt cirkulerande genom behållaren 34 under ett huvudsakligen konstant förbostämt tryck h. Denna cirkulation gynnar inte enbart spridningen av värme alstrad av gnistorna, utan orsakar även avlägsnandet av bubblor som bildas i munstycket 36. Dessa bubblor skulle kunna hindra meniskens 42 återvändande till sitt víloläge, och åstadkomma ett extra lager mellan luften _ och det flytande bläcket 37, vilket skulle kunna förvränga gnistans inverkan.

Pumpen 54 kan vara av sugtyp och i arloppsröret S3 såsom indikeras i fig. 1 med tryckhöjden h. Pumpen 54' kan emellertid också vara av trycktyp och vara i matarröret 52, såsom indikeras av streckade linjer i fig. 1 med en tryckhöjd h'. I båda fallen är tryckhöjden h eller h' negativ och menisken intar en konkav form. Tryckhöjden h' är också oberoende av nivån hos den fria bläckytan i reservouron S1. Tryckhöjden h eller h' för pumpen 54 eller 54' får alltså inte vara så stor att den förorsakar menisken 42 att lämna munstycket 36, och så suga in luft från utsidan.

De utförda experimenten har demonstrerat en klar förbättring i skrivningcn vid närvaro av blückcirkulatian. De har emellertid icke visat någon märkbar skillnad i skrivresultatet mellan det ena eller andra pumparrangemanget. I praktiken är en tryckhöjd på mellan 1 cm och 20 cm tillräcklig. Anordningen kan också drivas med en positiv tryckhöjd som uppnås genom att placera 10 15 25 30 '_11 V1 40 7 449 319 reservoaren 51 ovanför behållaren 34. I detta fall är menisken 42 konvex.

Omedelbart efter stöten från gnistan drar sig menisken 42 temporärt tillbaka både på grund av trycket bildat i munstycket 36 och på grund av suget från bläckpartíklarna, och flyttas t.ex. till 42' (fig. 1). Det är viktigt att menisken 42' inte förflyttas växlande inuti och utanför munstycket 36 av effekten av detta tillbakadragande, utan förblir antingen alltid inuti eller alltid utanför munstycket 36. För detta ändamål har det upptäckts att munstycket 36 måste ha en längd av åtminstone 0,2 mm. Det får inte överstiga en längd av Z mm för att för- hindra att det blir fyllt med bubblor. En optimal situation för utstötningen av bläckpartiklar uppnås om gnistan induceras medan menisken är i rörelse från det tillbakadragna läget 42' till det yttersta läget 42, och innan den har nått det yttersta läget, även om inga märkbara skillnader i skrivresultatet upp- står om menisken 42 är i sitt begynnelseläge. , Med de förutnämnda bläcken och dimensionerna hos munstycket 36 och dess tryckhöjd i hydraulkretsen kan utstötningsfrekvenser för bläcket 37 på upp till 20 000 Hz lätt uppnås utan att menisken 42 dras tillbaka alltför långt in i munstycket 36. Med denna frek- vens, vid skrivning med 5x7 punkter, uppnås en skrivhastighet av 400 tecken/sekund med ett enda munstycke 36.

Spänningen nödvändig för generering av gnistan mellan elek- troderna 38 och 40 kan genereras av en krets bildad huvusakligen av en transformator 56 (fig. 3), vars primärsida 57 är ansluten till en lägspänníngskälla, medan sekundärsidan 58 är ansluten till de två elektroderna 38 och 40. Primärsidan 57 är också an- sluten till en transístor 59, vars bas styrs av en grind 60 under kontroll av en timer 61 som ger den erforderliga utstötnings- frekvensen. Den relativa rörelsehastigheten för papperet 32 (Eig. 1) och munstycket 36 måste synkroniseras till denna frek- vcns. Grinden 60 kan också styras av en logisk signal alstrad av en teckongcncreringskrets 62. Transistorn 59 styrs då på ett sådant sätt att den genererar en skrivpuls i sekundärsidan 58.

Som exempel kan transistorn 59 normalt hållas konduktiv.

Vid det tillfälle då det krävs att åstadkomma skrivning, blockc- ras den för att åstadkomma ett mer eller mindre omedelbart stopp i strömmen i primürsidan S7 (signal B i fig. 4). Som en effekt av induktionen, genereras då en spänningspuls i sekundärsidan 58 10 KJ U! bl b'| 40 449 319 8 (fig. 3) vilken snabbt ökar till ett maximum, vid vilket gnistan avfyras, varefter spänningen snabbt avtar. Variationen i denna spänning representeras av kurvan V i fig. 4. Strömmen mellan elektroderna följer i sin tur kurvan A, av vilken framgår att efter gnistan stabiliseras strömmen vid ett mellanliggande värde innan den helt upphör. Den period under vilken utstötníngen av bläcket 37 sker är huvudsakligen den som ligger mellan abskissa- punkterna t1 och tz vid vilken minskningen av utmatningsspänningen sker.

Genom att anordna elektroden 40 på ett avstånd från den yttre änden av munstycket 36 av mellan 0,2 och 1 mm har det upptäckts att det inom de förutnämnda parametergränserna för bläcket, mun- stycket, hydraulkretsen och den elektriska kretsen, är tillräck- ligt att åstadkomma en maximal spänning på mellan 1 000 och 3 000 volt, mot vilken svarar en maximal ström av mellan 10 och 30 mA. Varaktigheten tz av utstötningen, är mellan 5 och 15 us, så att det vid en frek- - t1 av utmatningen, och följaktligen vens av 20 000 Hz återstår en tid av mellan 45 och 35 us mellan slutet av en utstötning och början av nästa.

Transistorn S9 (fig. 3) kan uppenbarligen styras på ett sådant sätt att den görs konduktiv för en förutbestämd tids- period, och sålunda givande primärsidan 57 en fyrkantig spännings- puls Q (fig. 4), med t.ex. en varaktighet av Z-3 us. I sekundär- sidan 58 (fig. 3), åstadkommer kretsens induktans en spännings- vâg och strömvâg som varierar huvudsakligen såsom visas i fig. 4.

En utformning av skrivaren, t.ex. för skrivning på en datarensa, innefattar en vagn 66 (fig. 5) gående på två gejder 67 parallella med en stödvals 68 för papperet 69, vilken vals är fast i tvär- riktningen. Ett skrivhuvud 70 är beläget på vagnen 66 och inne- fattar en prismatisk behållare 71 för bläcket 72. Behållaren 71 är av isolerande material och är vid sina tvâ ändar försedd med tvn förbindningar 73 och 74, till vilka tvâ rör 76 och 77 är an- slutna för frammatning och utmatning av bläcket 72. Pâ maskinens fasta ram är en bläckreservoar 78 belägen till vilken röret 77 leder, och en tryckpump 79 är vid ena änden ansluten till matar- röret 76 och vid den andra till en ledning 81 till reservoaren 78, visat i fig. 5.

Behållaren 71 är tillsluten baktill av en platta 82 i vilken,, såsom framgår klarare nedan, är anordnat en uppsättning av tio munstycken 83 belägna i en rad och ekvidistant med t.ex. 5,08 mm, 10 15 20 35 9 449 319 varvid varje munstycke 83 är anordnat för skrivning av två tecken. Plattan 82 är också av isolerande material, och bär vid sin framsida en tryckt krets 84 i form av en vanlig ledare be- lägen inuti behållaren 71. Plattan 82 bär vid sin baksida en tryckt krets 86 i form av en uppsättning koncentriska ringar 87, med munstyckena 83 anslutna av vertikala ledare 88 till ett motsvarande antal kabeluttag 89 (se fig. 7 och 8).

En multípelledarc 91 (fig. 6) innefattande en uppsättning av tio fjäderkontakter 92, är insatt i en nedåtríktad förlängf ning av plattan 82 på så sätt att den håller varje fjäderkontakt 92 i beröring med motsvarande uttag 89. Ledaren 91 är också an- sluten till en styrenhet 94 innefattande nio styrkretsar, t.ex. av den typ som visas i fig. 3.

Vagnen 66 (fíg. 5) rör sig med en fram- och återgående rörelse för ett användbart slag av 5,08 mm, medan valsen 68 matar fram papperet 69 stegvis. Styrenheten 94 (fig. 5) är syn- kroniserad i enlighet med 5x7 punktsmatrisen, så att skrivningen kan utföras upp till en hastighet av 200 rader/sekund. Plattan 82 (fig. 9) bildas av ett 0,5 mm tjockt isolerande lager av alun eller annat eldfast material såsom fosterit, steatit eller glas, eller av ett fotograverbart glaskeramiskt material såsom materialen kända som Fotoform eller Fotoceram från Corning Glass Works. Medelst silk-screen-tryckmetoden pålägges på en sida av lagret 82 den vanliga ledaren 84 och på den andra sidan ett första lager 96 av en metall som är resistent mot erosion, inne- fattande erosion vid höga spänningar, såsom nickel. Detta lager byggs sedan upp genom elektrolytisk avsättning av ett andra lager 97 av en icke oxíderande, ledande metall med hög smältpunkt, I såsom platina, så att kanten av lagret 97 är på ett avstånd av 0,2 mm från munstyckets 36 kant. Slutligen perforeras munstyckena 83 medelst en laser, för att uppnå en diameter vid ytteränden av nmnstyckct 83 av 0,05 mm.

Inneränden av munstycket 83 kan också vara gjord i form av en skarp kant 98, indikerad med streckade linjer i fig. 9, genom borrning medelst något annat än laserstrâlen, t.ex. användande en borr, eller följa upp laserperforeringen med en slipnings- operation på plattans 82 inneryta. Den skarpa kanten 98 under- lättar upplösandet av ångbubblor och följaktligen ångutstötningen.

Vagnen 66 (fig. 5) är monterad för att bära upp munstyckena 83 på ett avstånd av mellan 0,1 och 5 mm från papperet 69. Detta 10 15 S0 'ul U1 40 449 519 10 avstånd kan justeras för att uppnå optimal tydlighet och skärpa pâ tecknet. Med ett avstånd av 0,2 mm användande den beskrivna utformningen, har det upptäckts med elektronmikroskop att bläck- partiklarna har en hastighet av ungefär 50 m/sekund, och så- lunda avsevärt mycket större än vagnens 66 rörelsehastighet.

För att kunna skriva med 200 rader/sekund vid 20 000 Hz under skrivning både vid fram- och returrörelscn, måste vagnen 66 med avseende på detta röra sig med en hastighet av 3,5 m/sekund.

Det är således en tydlig fördel jämfört med de kända selektiva bläckstråleskrivande anordningarna i vilka bläckhastigheten är av samma storleksordning som rörelsehastigheten (ungefär 5 m/ sekund för piezoelektrisk styrning), så att strälen med cirkulär sektion tenderar att alstra ett ovalt tecken med suddighet vid dess ändar. Fördelen består också jämfört med kontinuerliga - bläckstråleskrivande anordningar, i vilka bläckhastigheten är ungefär tre gånger så stor som den hos den piezoelektriskt styrda, men är ändå bara något större än den hos rörelsehastig- heten mellan papperet och munstycket.

En ytterligare upptäckt gjord med elektronmikroskopet hän- för sig till mångfalden av mikroskopiska droppar utstötta varje gång från ett munstycke. Det har upptäckts att diametern på dessa mikroskopiska droppar ligger mellan 5 och 10 um,jämfört med en diameter av 50-60 um idet fall då dropparna alstras med piezoelektrisk styrning, så att en lika volym av bläck utstött av gnistan alstrar flera hundra mikroskopiska droppar, istället för en enda droppe. Vid avsättning på papperet blir den pie-o- elektriska droppen arrangerad såsom visas vid 99 i fig. 10, med dålig inträngníng i papperet 67 och en maximal tjocklek S som kräver en lång tid för torkning, eller till och med en värme- källa eller varm luft. Däremot med strålen genererad av utmat- ningen som följer pd gnistan, tränger de individuella mikro- skopiska dropparna in längre i papperet, och sträcker sig unge- fär likformigt över ytan såsom visas vid 100 i fig. 10, så mot luften uppvisande en korrugerad yta mycket större än den hos punkten 99 och med en maximal tjocklek S' som är mindre än tjock- leken S hos lagret 99. Det är därför klart att punkten producerad av stràlon beroende pä gnistan torkar omedelbart och förblir out- plånlíg. Det har upptäckts att tecknet förblir skarpt, outplânlígt och torrt även på belagt eller genomskinligt papper, såsom kalker- papper. 10 15 25 30 40 n 449 319 För en skrivanordning med hög upplösning kan vagnen 66 förflytta sig längs hela raden för skrivning i serie. Skriv- huvudet 70 kan vara monterat roterbart på vagnen 66, t.ex. kring en centralpunkt 101 (fig. 7). Rotationen kan vara sådan att den gör det möjligt att skriva med varierande munstycken på olika rader på en förutbestämd ruta. Lutningen kan t.ex. vara sådan att den täcker halva höjden av tecknet med de tio munstyckena, så att ett tecken kan erhållas med två passager av huvudet 70. God upplösning erhålles med en ruta av 0,2 mm.

Detta ger ett tecken med en höjd av 2 mm, varigenom utrymmet mellan två tecken består av 100 punkter 102 (fig. 11). Med ett enda munstycke 83 av den beskrivna typen, och med en drifts- frekvens av 20 000 Hz, uppnås en skrivhastighet av 200 tecken/ sekund, medan med 10 munstyckshuvuden hastigheten är 2 000 tecken/sekund.

Pig. 11 visar ett tecken, förstorat 50 gånger, skrivet med det ovan beskrivna skrívhuvudet 70 och med en delning av 0,2 mm. Det framgår att tecknets kanter är klart avgränsade.

I fig. 11 är punkterna 102 indikerade av streckade linjer, och ger den teoretiska profilen för tecknet índikerat med en kontinuer- lig linje. Den faktiska profilen för tecknet indikeras vid 103.

Det framgår att avvikande bläckpartiklar 104 och delar 105 av den kontinuerliga profilen som avviker från den teoretiska profilen är relativt få, och har liten utsträckning.

Antalet munstycken 83 och avståndet mellan dem kan tydligen varieras beroende på typen av användning för vilken huvudet är avsett. Vidare kan flera huvuden 70 vara anordnade parallellt, vilka vardera är avsedda att skriva en enda linjedel. Speciellt för en skrivare hos en faksimilöverföringsapparat kan raden av munstycken vara belägen vertikalt så att de olika munstyckena 85 samtidigt sveper över olika rader. I detta fall måste under- laget för papperet 69 tydligen vara plant istället för cylindriskt.

De relativa lägena för munstycket 36, behållaren 34 och elektroderna 38 och 40, och deras form, kan varieras på olika sätt. Likaså kan cirkulatíonen av bläcket 37 ske med andra organ än med sug- eller tryckpunkten visad i fíg. 1. Speciellt kan motelektroden 40 intill munstycket 36 bestå av en huvud- saklígen rektangulär platta 106 (fig. 12) med en punkt 107 exempelvis belägen nedanför munstyckets 36 kant. Elektroden 38 kan vara bildad av en stav 108 (fig. 13) inbäddad i en isole- 10 15 40 449 319 12 rande mellanvägg 109 i behållaren 34, och med en ände 111 ned- sänkt i bläcket 37.

I den ovan beskrivna utformningen har det antagits att bläcket cirkuleras genom behållaren med en pump. I utformningen enligt fig. 14 bildas skrivhuvudet 33 helt enkelt av en platta 112 försedd med en motelektrod 40 och munstycke 36. Änden på ett kapillärrör 113, vars fria kant 114 är i linje med den nedre inre kanten av munstycket 36, är fastsatt vid plattan 112¿ Röret 113 är anslutet till en reservoar 115 fastsatt på maskin- ramen. Elektroden 38 är nedsänkt i bläcket 37 i reservoaren 115, i vilken bläcket hålls på en något högre nivå än rörets 113 ände 114. Bläcket 37 stiger sålunda med kapillärkraft så långt som till änden 114, och på grund av dess ytspänning bildas en konvex menisk 116 inuti munstyckets 36 ände och en konvex menisk 117 mellan änden 114 och den övre inre kanten hos munstycket 113.

Pâ detta sätt bildas en bläckdroppe på ett huvudsakligen konstant läge, färdig att motta Stöten från gnistan. Denna modifiering har också fördelen att den lätt kan fördriva alla möjliga ång- bubblor som kan bildas på grund av gnistan ut i luften.

Modifieringen enligt fig. 15 är ekvivalent med den i fig. 14 vad avser bildandet av menisken. I modifieringen enligt fig. 15 är reservoaren 118 uppburen av samma vagn som huvudet 33, medan bläcket 37 förs till munstycket 36 av ett lager av poröst mate- rial 119 i förbindelse med reservoaren 118 medelst en eller flera kanaler 120. Lagret 119 når upp till nedre kanten av mun- stycket 36, så att bläcket bildar en menisk 121 i munstycket 36 och en uppsättning menísker 122 på den fria ytan hos lagret 119. Elektroden 38 är belägen på plattnns 35 inneryta. I modifie- ringen enligt fig. 16 är det porösa materialet i form av en stav 123 uppburen inuti en cylindrisk metallelektrod 124. Denna är medelst ett flexibelt rör 125 ansluten till en bläckreservoar fastsatt på skrivaren. Stavens 123 ändyta står i kontakt med luften, och täcks av en serie menisker 127 till vilka jonutstöt- ningarna när fram, medan ångbubblorna lätt försvinner upp i luften.

I en ytterligare utformning av uppfinningen, i avsikt att hälla munstyckct fritt från mcnisken, användes ett poröst lager som en ledning för bläcket i hydraulkretsen innefattande en pump, icke visat på ritningarna. I figur 17 och efterföljande figurer indikeras bläckcirkulationen framkallad av pumpen av en 10 15 20 40 n, 449 5219 vågformig pil. I modifieringen enligt fig. 17 hålls det porösa lagret på avstånd från den inre ytan hos plattan 35 vid mun- stycket 36 på grund av tjockleken hos elektroden 38, som är tillräckligt åtskild från munstyckets 36 inre kant. På det porösa lagrets frin yta utformas en mångfald konvexa mcnisker 129, mot vilka gnistan stöter på grund av det minsta avståndet mellan motelektroden 40 och elektroden 38. Den tillräckligt stora fria ytan hos det porösa lagret 128 medger absorption av alla ångbubblor. I modifieringen i fig. 18 underlättar ett borrhâl 130 i huvudets 35 bakre vägg 131 och i det porösa lagret 128 evakueringen av ängbubblorna ut till luften.

I modifieríngen i fig. 19 är plåtmetallelektroden 38 be- lägen mellan det porösa lagret 128 och den bakre väggen 133, medan borrhålet 134 i det porösa lagret, och följaktligen även i elektroden 38 och väggen 133, har en diameter så att ringen mellan lagret 128 och munstyckets 36 inre kant elimineras, så att lagrets 128 yta utsatt för utmatningen är avsevärt ökad i storlek, och bildas av borrhâlets 134 inneryta. Modifieringarna enligt figurerna 17-19 kan också fungera om det porösa materialet är utelämnat, och bläcket tillåts strömma fritt in i innandömet.

Enligt en ytterligare utformning användes ett magnetiskt bläck och är nedsänkt i ett magnetfält, vars kraftlinjer håller bläckpartiklarna vid inloppet till munstycket 36. I modifieringen enligt fig. 20 erhålles det magnetiska fältet således av en ring- fermig-permanentmagnet 141 samverkande med ett skyddsankare 142 på vilket är fastsatt en cylinder 143 passande inuti magneten 141 och med en avrundad ände 144. Magnetkretsens kraftlinjer ligger såsom indikeras på figuren med streckade linjer, så att fastän de magnetiska bläckpartíklarna är utsatta för cirkula- tionen förorsakad av pumpen, ligger de vid sidorna av cylinderns 143 ände 144, och lämnar munstycket 36 fritt för styrning av bläckpartiklarna utstötta av gnistan.

I modifieríngen enligt fig. 21 är tvâ permanentmagneter 146 och 147 anordnade, belägna i motsatt riktning. I den magne- tiska bläckströmmen intar kraftlinjerna således det mönster som indikeras av streckade linjer i fig. 21, och är tätare mot väggen 148. Bläckpartíklarna placeras på ett sådant sätt att de lättare kan styras av munstycket 36. I de två utformningarna enligt figu- rerna 20 och 21, kan magneterna 141, 146 och 147 bildas av magne- tiskt gummi istället för av magnetiskt jürnmaterial. 10 15 40 449 319 14 I en ytterligare utformning av uppfinningen, är ett luft- lager anordnat mellan munstycket 36 och bläcket för att garan- tera separation mellan bläckmenisken och munstycket. Speciellt, i utformningen enligt fig. 22, är bläckbehállaren 34 tillsluten av en platta 149 uppbärande motelektroden 40 kring ett borrhål 150 i vilket menisken 42 bildas. En andra platta 151 är belägen på ett visst avstånd från plattan 149, till vilken den är an- sluten t.ex. i sídledd, i avsikt att bilda ett mellanrum 152 vilket tillåter vertikal luftcirkulation. Det aktuella bläck- styrande munstycket 36 är uppburet av en platta 151, så att det enbart fungerar som en styrning för bläckpartiklar inskjutna i dess inre. Däremot blockerar plattan 151 alla mikroskopiska bläckpartiklar som inte är utslungade parallellt med borrhålets 150 axel. Mellanrummet garanterar också evakueringen av alla ångbubblor. I I modifieringen enligt fig. 23 bildas motelektroden av ett metalliserat lager 153 på ett borrhàl i den andra plattan 151, sd att munstycket 36 bildas av det metalliserade lagret 153.

I utformningen enligt fig. 24 är motelektroden 40 belägen på ytterväggen hosden andra plattan 151.

I en ytterligare utformning av uppfinningen cirkuleras bläcket genom en kanal som är koncentrisk med munstycket. I modifieringen enligt fig. 25 är bläcket draget genom ett borr- hål 156 i den bakre väggen 157 anslutet medelst ett flexibelt rör 158 till pumpen. Bläcket matas genom ett par ledningar 159 belägna ovanför och under munstycket 36. Elektroden SS är fast- satt vid väggen 157, medan motelektroden 40 är fäst på front- plattan 160. Det framgår att bläckströmmen förorsakar ett till- bakadragande av menisken 42 från munstycket 36 och en minskning av bläcktrycket i munstycket 36. 7, är det centrala Röret 161 är av metall och fungerar som en elektrod. Röret 162 är isole- I modífieringarna enligt fig. 20 och 2 borrhålet åstadkommct av ett stelt rör 161 resp. 102. rande och det bär i sitt inre clektroden SS. Riktningen på bläck- strömmen i de tre modifieringarna enligt figurerna 25, 26 och 27 kan omkastas utan någon märkbar ändring i resultatet av bläck- stràlen.

I en ytterligare utformning av uppfinningen är munstycket gjort i tvâ delar för att bilda ett avbrott för de fysikaliska eller geometriska egenskaperna hos dess inneryta. I modifieringen 10 15 ZO 15 449 319 enligt fig. 28 är behållarens 34 frontvägg bildad av två likadana plattor 163 och 164 individuellt borrade med laserstrålen och sedan ihopsvetsade. På detta sätt bildar de två borrhålen 165 och 166 ett avbrott i kontaktplanet 167 mellan plattorna, så att borrhálet 165 fungerar som ett styrmunstycke och kommer aldrig i beröring med bläckmenisken 42.

I modifieringen enligt fig. 29 är de tvâ plattorna 168 och 169 av tvâ olika material, och speciellt är materialet i plattan 169 mer vätbart av bläcket än materialet i plattan 168.

De två plattorna 168 och 169 är först ihopsvetsade och sedan genomborrade tillsammans. Åter i detta fall bildas en diskontinui- tet vid separeringsplanet 170 mellan de två plattorna i munstycks- ytan, vilket stoppar menisken och icke tillåter den att passera förbi detta plan, så att den del av munstycket som bildas av borrhålet 171 i plattan 168 enbart fungerar som en styrning för bläckpartiklar lämnande borrhålet 172 hos plattan 169. Åtskilliga andra modifieringar kan utföras på den beskrivna skrivanordningen utan att förbigå uppfinníngstanken. T.ex. kan bläcket hållas under omskakning i behållaren 34 medelst andra organ än pumpen, såsom en kula eller en liten sugapparat belägen bakom munstycket och rörande sig som en funktion av accelerationen eller av ett magnetfält. I det fall då flera munstycken är anordnade parallellt kan kulan ersättas av en cylindrisk eller urholkad stav gemensam för alla munstyckena. Munstycket 36 kan vara utvidgat i förhållande till kulan eller staven. Slutligen kan evakueringen av ângbubblor underlättas genom montering av en högfrekvensvibrator på huvudet.

Claims (26)

10 15 20 25 30 35 40 449 319 16 Patentkrav

1. Bläckstràleskrivande anordning vid vilken skrivningen åstadkommas genom inducering av en selektiv utstötning av flytande bläck genom ett munetycke, varvid bläcket är inne- slutet i en detta munstycke uppvisande behållare av elektriskt isolerande material och varvid bläcket är elektriskt ledande och star i kontakt med en elektrod, och en motelektrod är anordnad intill munetycket mellan detta och skrivunderlaget, och varvid en sådan spänning ligger an mellan bläcket och motelektroden att en urladdning sker mellan motelektroden och bläcket¿ genom vilken bläcket uppvärmee i munstycksomràdet och aatadkommee utstötningen av ett flertal bläckpartiklar genom detta munstycke, av att bläcket (37) etdr under ett sadant tryck att det bilder en fri ytmeniak (42) in i munetycket (36), och att bläcket (37) vid munatycket (36) genom ett hydrauliskt kretslopp hålls i k ä n n e t e c k n a d cirkulation, vilket innefattar en bläckreservoar (51), som har en avsevärt högre kapacitet än den munstycket uppvisande behállatßh (34).

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att akrivunderlaget (32) är anordnat på ett avetand av mellan 0,1 och 5 mm från munstyckete (36) ytterkant, att munatycket (36) har en diameter av några få hundradels mm och en längd av mellan 0,2 och 2 mm, varvid motelektroden (40) ligger på hehållarens (34) yta, och att elektriska anordningar kan drivas separat för att mata elektroden (38) och motelek- troden (40) genom spänningspulser med en högsta spänning av mellan 1000 och 3000 volt för en tid av ungefär 2 till 3 ma, för att åstadkomma en jonurladdning mellan motelektroden (40) och bläckmenisken (42) vid munstycket (36) och en värmeverkan på munatycket, varvid jonurladdningen och värmeverkan i menis- ken gemensamt framkallar ett sådant rörelsetillstànd att utetötningen av ett flertal bläckpartiklar sker genom mun- stycket.

3. : Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k- av att bläcket (37) innehåller 3-5! färgade partiklar i en blandning som innehålla: dietylenglykol och ett elektro- n a d lytiskt salt och som är så utformad att den ger en lednings- förmåga mellan 4 och 6 mS/cm. 10 15 20 25 30 35 40 449 319 17

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att bläcket (37) har en relativ täthet av 1,01 och 1,1 och en ytspänning av mellan 30 och 50 dyn/cmz.

5. Anordning enligt nagot av kraven 1-4, k ä n n e- t e c k n a d av medel som är aa anordnade, att de haller menisken (42) hos den fria ytan av bläcket (37) inom ett förbestâmt avstand fran munstyckets (36) ytterkant.

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att de menisken (42) hållande medlen omfattar en andra platta (149), som uppvisar en med munstycket (36) inriktad borrning (150).

7. Anordning enligt krav 6, av att de båda plattorna (149, k Ä n n e t e c k n a d 151) består av samma isoler- material och är genomborrade oberoende av varandra och att de är anordnade i ömsesidig beröring med varandra, för att åstad- komma ntt avbrott i munstycksytan.

8. Anordning enligt krav 6, k a n n e t e c k n a d av att de bada plattorna (149, ningsgrad harrörande från bläckst och har först förbundits med 151) uppvisar olika befukt- varandra och sedan genomborrats.

9. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att plattorna är monterade pa ett förutbestämt avstånd fràn varandra för att bilda ett mellanrum i vilket luft cirkulerar.

010. Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att motelektroden är tryckt på innerplattan.

11. Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att bläcket är av magnetisk typ, och det meniskhàllande organet innefattar magnetiska organ belägna bakom behållaren och anordnade att tunna ut bläcket vid munstyckets mynning.

12. Anordning enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a d av att det magnetiska organet innefattar en permanentmagnet av ringform köaxiell med mnnetycket och en ringhàllare med en cylindrisk ände vilken passar in i magnetborrningen och har en del nedsänkt i bläcket.

13. Anordning enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a d av att magnetorganet innefattar ett par magneter belägna i motsatta riktningar och belägna symmetriskt kring munstycke- axeln.

14. Anordning enligt nagot av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en mångfald 10 15 20 25 30 35 40 449 319 18 munstycken belägna på ett konstant avatand fran varandra på ett enda akrivhuvud, och hydraulkreteen är belägen mellan en, behållare gemensam för munetyckena och reservoaren.

15. Anordning enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a d av att huvudet är monterat på en i eidled rörlig vagn, och att pumpen och reservoaren är faeteatta på maekinramen.

16. Anordning enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d av att munstyckena är belägna i en rad eom är varierbart lutbar för att samtidigt innefatta olika linjer pa en skriv- ruta.

17. Anordning enligt krav 16, k ä n n e t e c k n a d av att rutan har en delning av mellan 0.1qoch 0,2 mm för att ekriva tecken med hög upplösning.

18. Anordning enligt något av kraven.1-5, varvid behåll- aren är tilleluten av en isolerande platta bärande munetycket, k ä n n e t e c k n a d av att motelektroden år tryckt pà plattan i form av ett element slutande vid.en punkt intill munetyckets ände.

19. Anordning enligt nagot av kraven 1-5, varvid behåll- aren är tillsluten av en isolerande platta bärande munstycket, k ä n n e t e c k n a d av att motelektroden är tryckt pa plattan i form av en ring kring munstyckeänden.

20. Anordning enligt krav 18 eller 19, k ä,n n e- t e c k n a d av mellan 0,02 och 2 mm från munetycksänden. av att motelektroden är belägen på ett avetand

21. Anordning enligt något av kraven 18-20, k ä n n e- t e c k n a d av att elektroden bildas av en etav nedsänkt i bläcket.

22. Anordning enligt krav 21, k ä n n e t e c k n a d av att etaven delvis är inbäddad i en isolerande mellanvägg.

23. Anordning enligt krav 21, k ä n n e t e c k n a d av att etaven invändigt är ihålig och är koaxiell med mun- etycket.

24. Anordning enligt krav 18 eller 19, k ä n~n e- n a d av att elektroden är tryckt pa den andra ytan hos plattang

25. Anordning enligt krav 18 eller 19, av att elektroden är tryckt på en andra vägg k ä n n e- t e c k n a d hos behållaren.

26. Anordning enligt något av kraven 17-25, k ä n n e- 449 319 19 t e c k n a d av att munetycket har en något komisk inneryta och är tillverkat medelst en laaerstràla.